半导体直接输出激光加工系统开发与温度控制策略研究

作     者：徐元飞 胡晓冬 姚建华 Volodymyr Kovalenko Xu Yuanfei;Hu Xiaodong;Yao Jianhua;Volodymyr Kovalenko

作者机构：浙江工业大学激光加工技术工程研究中心浙江杭州310014 浙江省高端激光制造装备协同创新中心浙江杭州310014 乌克兰国立科技大学激光技术研究所基辅03056 

出 版 物：《应用激光》 (Applied Laser)

年 卷 期：2015年第35卷第1期

页      面：115-123页

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家国际科技合作专项资助项目(项目编号:2011DFR71030) 浙江省公益技术研究工业资助项目(项目编号:2013C31012) 

主　　题：半导体激光器 PID控制 模糊控制 

摘      要：针对大功率半导体直接输出激光加工系统的应用,本文搭建了由大功率半导体激光器、工控机、机械手运动系统、测温仪和WAGO通讯模块等组成的激光加工系统的硬件平台,提出了大功率半导体激光直接输出加工过程中激光加工温度的控制方法,设计了基于Lab Windows/CVI交互式软件开发环境的PID和模糊控制算法,并且通过现场实验对两种控制算法的各个参数进行了精确整定。整定后的PID和模糊的温度控制效果良好,PID控制的温度峰值时间只有0.45s,最大超调量为3.28%,稳态均方根误差为1.01℃;模糊控制的温度峰值时间为0.93s,最大超调量为1.5%,稳态均方根误差为2.22℃。为了对比两种控制策略的实际控制效果,以设定温度为1 250℃,启动功率为500 W,45#钢基体为实验条件,分别对整定后的PID控制和模糊控制以不同的扫描速度进行激光相变硬化实验,实验发现随着扫描速度的增加,PID控制与模糊控制的稳定性都有所降低,但是在相同扫描速度下,模糊控制的超调量较小,温度控制更稳定。因此模糊控制策略更适合于本控制系统,最终本系统采用模糊控制作为激光加工的温度控制策略。